大體積混凝土裂縫成因分析及修補(bǔ)措施

摘要：本文從大體積混凝土施工中裂縫產(chǎn)生原因分析著手，對(duì)大體積混凝土裂縫的預(yù)防、控制措施從原材料到施工工藝進(jìn)行了細(xì)致的闡述，同時(shí)對(duì)大體積混凝土無(wú)法避免的裂縫提出了一些修補(bǔ)方法用以借鑒，具有一定的實(shí)際意義。

關(guān)鍵詞：大體積混凝土 裂縫 預(yù)防 控制 修補(bǔ)措施

0 引言

隨著人們生活水平的提高與基礎(chǔ)設(shè)施的不健全矛盾日益加劇，我國(guó)在公路、鐵路及水利等大型基礎(chǔ)設(shè)施的大力投入中，越來(lái)越多的大體積混凝土涌現(xiàn)，但是，大體積混凝土施工難度比較大，容易產(chǎn)生裂縫，影響結(jié)構(gòu)物的使用效果。

1 大體積混凝土裂縫原因分析

大體積混凝土之所以容易產(chǎn)生裂縫，主要原因是混凝土所承受的拉應(yīng)力和混凝土本身的抗拉強(qiáng)度之間的矛盾發(fā)展的結(jié)果，主要反映在以下幾點(diǎn)。

1.1 環(huán)境影響 在混凝土施工規(guī)范中明確規(guī)定：在大氣干燥（RH<50%），有風(fēng)，陽(yáng)光直射，混凝土水膠比≤0.45，日平均氣溫≥20℃z，混凝土表面的潮濕養(yǎng)護(hù)限至少為10天。

產(chǎn)生裂縫的環(huán)境影響主要是由于溫差較大引起的，一是混凝土中原材料水泥硬化期間產(chǎn)生的大量水化熱，致使混凝土內(nèi)部溫度上升，而表面溫度（環(huán)境溫度）變化很小，混凝土在不斷上升的情況下，膨脹高于外部，在混凝土的早期抗拉強(qiáng)度很低的情況下，混凝土表面受到較大的拉應(yīng)力后出現(xiàn)裂縫。這種溫差產(chǎn)生的裂縫一般只在接近表面的范圍內(nèi)發(fā)生，表面層以下結(jié)構(gòu)仍保持完整，不影響混凝土結(jié)構(gòu)本身強(qiáng)度。二是結(jié)構(gòu)溫差較大，當(dāng)大體積混凝土澆筑過(guò)程中受到外界約束力時(shí)沒(méi)有采取有效地技術(shù)措施放松或取消約束，從而產(chǎn)生裂縫，這種裂縫會(huì)逐漸深入，直至形成貫穿混凝土結(jié)構(gòu)的溫度裂縫。

1.2 水泥的安定性 水泥的安定性是指水泥出爐后必須存放一段時(shí)間后（一般必須大于7天）才能施工使用，其主要目的是使新制水泥充分反應(yīng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。如果水泥剛出爐未過(guò)安定期就進(jìn)行使用是大體積混凝土初凝前收光時(shí)出現(xiàn)混凝土開(kāi)裂的最主要原因，對(duì)混凝土養(yǎng)護(hù)中出現(xiàn)的裂縫也有相當(dāng)?shù)挠绊憽?/p>

1.3 混凝土及混凝土的坍落度 目前多數(shù)混凝土攪拌中均摻加粉煤灰，粉煤灰在混凝土中只是作為填充物并不與水泥發(fā)生凝結(jié)反應(yīng)，這就使得這種混凝土與常規(guī)混凝土相比更容易出現(xiàn)裂縫現(xiàn)象?；炷恋奶涠纫话銓?duì)施工后的混凝土強(qiáng)度影響很大，但落坍度過(guò)大的混凝土造成承臺(tái)表面浮漿較厚，浮漿中粉煤灰含量較大，終凝后沒(méi)有強(qiáng)度，當(dāng)不再進(jìn)行養(yǎng)護(hù)后就會(huì)出現(xiàn)開(kāi)裂。

1.4 施工過(guò)程控制 施工過(guò)程不規(guī)范也是造成混凝土裂縫的主要原因之一，具體表現(xiàn)在一是混凝土振搗不密實(shí)，致使混凝土密度不足，粗骨料下沉，浮漿過(guò)多；二是混凝土澆筑后，初凝前的沒(méi)有及時(shí)二次拌壓和抹壓；三是養(yǎng)護(hù)不到位，不及時(shí)灑水，表面不覆蓋或者不及時(shí)覆蓋，水分很快散失，產(chǎn)生干縮而導(dǎo)致開(kāi)裂。

1.5 混凝土養(yǎng)護(hù) 多數(shù)混凝土開(kāi)裂的主要原因是混凝土養(yǎng)護(hù)的不及時(shí)和不到位是不無(wú)關(guān)系的。

2 大體積混凝土裂縫預(yù)防

由以上裂縫產(chǎn)生原因可以得出，除了受到施工過(guò)程不規(guī)范的影響外，主要原因在于混凝土的溫度變化和受約束程度有關(guān)，減少和避免混凝土開(kāi)裂的主要預(yù)防措施應(yīng)在提高混凝土的抗裂能力、削減溫度變化因素、減少混凝土結(jié)構(gòu)中的約束力和變形、盡量防止環(huán)境因素的影響等方向上進(jìn)行預(yù)防。

2.1 選擇優(yōu)質(zhì)的混凝土原材料 ①選擇合適水泥：優(yōu)先采用低熱、收縮性小的高標(biāo)號(hào)水泥，以減少水泥用量，減少水化熱，目的是降低混凝土結(jié)構(gòu)的內(nèi)部溫升值，消除或者削減混凝土結(jié)構(gòu)自身產(chǎn)生的溫差。另外使用的水泥必須過(guò)了自身的安定期。②選用優(yōu)質(zhì)骨料：粗骨料優(yōu)先選用連續(xù)的級(jí)配碎石，如果工程所在區(qū)域內(nèi)難以購(gòu)置到合適的級(jí)配碎石，可通過(guò)試驗(yàn)采用多種粒徑碎石進(jìn)行復(fù)配；細(xì)骨料優(yōu)先選用細(xì)度模數(shù)2.80-3.00的中砂。粗細(xì)骨料含泥量控制在1%以?xún)?nèi)，不得混有有機(jī)質(zhì)等雜物，杜絕使用海砂。③選擇適當(dāng)?shù)耐饧觿焊鶕?jù)實(shí)際情況及混凝土的特殊要求，可在混凝土中摻加一定用量外加劑，如防水劑、膨脹劑、減水劑、緩凝劑等外加劑。摻入外加劑能提高混凝土的和易性，可減少20%左右的用水量，減小水灰比，初凝延長(zhǎng)到5h左右。

2.2 精心設(shè)計(jì)配合比 通過(guò)選用良好級(jí)配的粗細(xì)骨料，嚴(yán)格控制砂石質(zhì)量，降低水灰比，并在混凝土中摻加粉煤灰和外加劑等，以降低水泥用量，減少水化熱，以降低混凝土溫升，從而可以降低混凝土所受的拉應(yīng)力。

在保證混凝土質(zhì)量要求的情況下，設(shè)計(jì)混凝土配合比時(shí)，采用“三低二摻一高”的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，生產(chǎn)出“高強(qiáng)、高韌性、高極拉值、中彈和低熱”的抗裂混凝土。所謂的三低是指低砂率、低坍落度、低水膠比；二摻是指摻高效減水劑和高效引氣劑；一高是指高粉煤灰摻量。

2.3 加強(qiáng)混凝土的測(cè)溫工作 為消除和削減裂縫現(xiàn)象，混凝土的測(cè)溫工作必不可少，有效地在混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)埋設(shè)若干個(gè)測(cè)溫點(diǎn)，以利于掌握混凝土內(nèi)部溫升與表面溫度的變化值。測(cè)溫頻次為：第1-5天按照1次/2h測(cè)溫，第6天后每1次/4h測(cè)溫，測(cè)至溫度穩(wěn)定為止。按照以前施工經(jīng)驗(yàn)，混凝土內(nèi)部溫升的高峰值一般在4天內(nèi)產(chǎn)生，3～4天內(nèi)溫度可上升到或接近最大溫升，內(nèi)外溫差值可達(dá)到20℃左右，發(fā)現(xiàn)異常現(xiàn)象及時(shí)處理。

3 大體積混凝土裂縫控制措施

3.1 采用合理的澆筑工藝 大體積混凝土一般都是采用泵送工藝施工，根據(jù)其特點(diǎn)，采用“分段定點(diǎn)，一個(gè)坡度，薄層澆筑，循序推進(jìn)，一次到頂”的方法。

這種方法可使混凝土在自然流淌狀況下形成斜坡，可較好地適應(yīng)泵送工藝，避免經(jīng)常拆除、沖洗和接長(zhǎng)混凝土輸送管道，簡(jiǎn)化混凝土的泌水處理，提高泵送效率，同時(shí)需要保證混凝土上下層澆筑間隔不超過(guò)初凝時(shí)間。在澆筑帶的前后應(yīng)布置兩道振動(dòng)器，第一道布置在混凝土出料口，主要解決上部混凝土的振實(shí)；第二道布置在混凝土坡腳處，以確保下部混凝土密實(shí)。隨著混凝土澆筑的高度的上升，振動(dòng)器也相應(yīng)進(jìn)行調(diào)整，以確?；炷恋恼w質(zhì)量。

大體積混凝土表面水泥漿一般都比較厚，澆筑時(shí)可適當(dāng)?shù)奶Ц呋炷翗?biāo)高，澆筑結(jié)束后刮刀掛掉部分多余的表面水泥漿保證混凝土表面是真正的含有骨料的混凝土，在初凝前用鐵滾筒碾壓數(shù)遍并壓實(shí)，以減少混凝土的收水裂縫。

3.2 控制入模溫度 大體積混凝土春秋季施工最好，春秋兩季環(huán)境溫度可以降低混凝土入模溫度。

如果必須在夏季施工，需要采取降低入模溫度的措施，例如：混凝土拌合前可對(duì)碎石灑水降溫；保證水泥、粉煤灰及粗細(xì)骨料倉(cāng)庫(kù)通風(fēng)良好；自來(lái)水預(yù)先放入地下蓄水池中降溫；搭設(shè)遮陽(yáng)棚保證混凝土澆筑時(shí)不在太陽(yáng)下直接暴曬或者直射等等。

在澆筑混凝土過(guò)程中，采用溫度傳感片和測(cè)溫儀，從澆筑開(kāi)始進(jìn)行入模溫度和環(huán)境溫度的測(cè)溫工作，根據(jù)溫度變化情況適時(shí)調(diào)整澆筑方法；澆筑完成后及時(shí)收面抹壓，根據(jù)溫控指標(biāo)，及時(shí)調(diào)整養(yǎng)護(hù)方案。

3.3 適當(dāng)增加預(yù)埋件 ①在混凝土結(jié)構(gòu)中易產(chǎn)生裂縫的部位埋設(shè)應(yīng)力應(yīng)變傳感片，直接測(cè)試?yán)瓚?yīng)力，以便更直接控制混凝土的溫度梯度，確保混凝土不易產(chǎn)生裂縫。②在混凝土表面增加一些鐵絲網(wǎng)（小直徑鋼筋網(wǎng)），以增強(qiáng)混凝土表面抗裂性，減少表面裂縫發(fā)生的幾率。③在工期允許的情況下，可采用“水平分層間隙”施工方法，分多層進(jìn)行澆筑，間隙時(shí)間7d以上，在每層混凝土上表面增設(shè)抗縮鋼筋網(wǎng)。這種施工方法可降低混凝土內(nèi)部最高溫升、減少材料及機(jī)械設(shè)備的投入。

3.4 加強(qiáng)混凝土后期保溫保濕養(yǎng)護(hù) ①混凝土保溫保濕養(yǎng)護(hù)的最有效方法是在混凝土澆筑后盡快回填土，并在土中滲入水，回填土對(duì)混凝土預(yù)防裂縫也是非常有效的。②蓄水法保溫養(yǎng)護(hù)，在混凝土澆筑期間可在內(nèi)部設(shè)置冷卻循環(huán)管并通水冷卻混凝土內(nèi)部熱量，加快混凝土的熱量散發(fā)，這種方法多用于夏季施工。③內(nèi)散外蓄法綜合養(yǎng)護(hù)，可有效降低混凝土的溫升值，且可大大縮短養(yǎng)護(hù)周期，這種方法對(duì)于超厚大體積混凝土尤其適用。④特殊情況下的養(yǎng)護(hù)，秋冬季混凝土養(yǎng)護(hù)應(yīng)加蓋草袋、海綿；氣候干燥多風(fēng)地區(qū)拆模后及時(shí)采取防風(fēng)，保濕措施，這些方法對(duì)溫度影響系數(shù)的改變是相當(dāng)有效的。

3.5 加強(qiáng)項(xiàng)目技術(shù)質(zhì)量管理 嚴(yán)格加強(qiáng)控制原材料的檢驗(yàn)工作，施工交底和方案必須詳細(xì)明確，以數(shù)據(jù)說(shuō)話，明確分工，責(zé)任到人，認(rèn)真落實(shí)施工方案，嚴(yán)格按照交底組織實(shí)施施工。定時(shí)檢查計(jì)量監(jiān)測(cè)工作，并做好計(jì)量詳細(xì)記錄。在混凝土變截面施工前，一定要加強(qiáng)預(yù)測(cè)，并采取措施予以防范。

4 大體積混凝土裂縫的處理措施

大體積混凝土裂縫既然是混凝土結(jié)構(gòu)中普遍存在的一種現(xiàn)象，目前仍無(wú)法完全避免，而它的出現(xiàn)不僅會(huì)降低混凝土結(jié)構(gòu)的抗?jié)B能力，影響結(jié)構(gòu)的使用功能，而且可能會(huì)引起鋼筋銹蝕、混凝土碳化，降低材料耐久性，影響結(jié)構(gòu)物的承載能力，因此出現(xiàn)裂縫后該如何處理，筆者將近幾年曾使用過(guò)的方法介紹如下，愿對(duì)同仁們有所幫助。

4.1 表面修補(bǔ)法 主要適用于穩(wěn)定和對(duì)結(jié)構(gòu)承載力沒(méi)有影響的表面裂縫以及深進(jìn)裂縫的處理。處理方法為：在裂縫表面涂抹水泥漿、環(huán)氧膠泥或在混凝土表面涂刷油漆、瀝青等防腐材料，在防護(hù)同時(shí)為了防止混凝土受各種作用影響繼續(xù)開(kāi)裂，可在裂縫表面粘貼玻璃纖維布等措施。

4.2 低壓注漿法（灌漿、嵌縫封堵法） 該法主要適用于對(duì)結(jié)構(gòu)整體性有影響或有防滲要求的混凝土裂縫修補(bǔ)，它是利用壓力設(shè)備將膠結(jié)材料壓入混凝土的裂縫中，膠結(jié)材料硬化后與混凝土形成一個(gè)整體，從而起到封堵加固的目的。修補(bǔ)工序如下：裂縫清理——粘貼注漿嘴和封閉裂縫——試漏——配制注漿液——壓力注漿——二次注漿——清理表面。

4.3 開(kāi)槽填補(bǔ)法（混凝土置換法） 該法是處理嚴(yán)重?fù)p壞混凝土的一種游俠方法，此方法是先將損壞混凝土剔除，然后置換新的混凝土或其他材料。常用的置換材料有：普通混凝土或水泥砂漿、聚合物或改性聚合物混凝土或砂漿，工序?yàn)椋洪_(kāi)槽——涂刷界面處理漿——置換新的材料——養(yǎng)護(hù)。

4.4 結(jié)構(gòu)加固法 當(dāng)裂縫影響到混凝土結(jié)構(gòu)性能時(shí)，采用加固法對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行處理。處理方法主要有：加大混凝土截面面積，在構(gòu)件的角部外包型鋼、采用預(yù)應(yīng)力法加固、粘貼鋼板加固、增設(shè)支點(diǎn)加固以及噴射混凝土補(bǔ)強(qiáng)加固等。

5 結(jié)論

通過(guò)對(duì)裂縫產(chǎn)生的原因、機(jī)理的分析，采取一定的針對(duì)性的措施，大體積混凝土的裂縫是可以減少到合理范圍的。但由于裂縫產(chǎn)生的原因很復(fù)雜，要做到完全避免裂縫的產(chǎn)生還有一定的難度，還需要大量的研究和實(shí)踐。作為技術(shù)人員應(yīng)注意以下兩點(diǎn)。

①影響大體積混凝土裂縫的因素雖很多，但主要原因是溫度應(yīng)力。作為工程技術(shù)人員，應(yīng)了解混凝土內(nèi)部的溫度變化規(guī)律，合理選擇水泥品種，嚴(yán)格控制水泥用量，摻加適量的混合材料和外加劑，優(yōu)化混凝土配合比，合理施工，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)。②要對(duì)混凝土的裂縫進(jìn)行認(rèn)真研究、區(qū)分對(duì)待，采用合理的方法進(jìn)行處理，并在施工中采取各種有效的預(yù)防措施來(lái)預(yù)防裂縫的出現(xiàn)和發(fā)展，保證結(jié)構(gòu)物的安全和穩(wěn)定性，切忌不能碰到裂縫部分析原因或者原因不分析清楚盲目處理造成不可挽回的損失。